Mantenimiento de Motores de Corriente Continua

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 TECSUP – PFR Mantenimiento de Motores Eléctricos 77 Unidad IV M  A  ANT TENIMIEN T T O O DE  M MOT TOR R E S S  DE  C COR R R R IEN T TE  C O ONT TINU  A  A  1. FUNDAMENTOS MECÁNICOS DE LOS MOTORES En la sociedad moderna, altamente industrializada, se precisan máquinas motrices de propiedades muy variadas. Deben funcionar produciendo un mínimo ruido y contaminar mínimamente el medio ambiente. Por otro lado, es conveniente que su construcción sea compacta y su manejo fácil. Además de que su precio de adquisición no sea excesivo deben trabajar económicamente y con un mínimo de mantenimiento. Según su campo de aplicación se precisa potencias que van desde algunos watt hasta varios megawatt. Por otra parte, la gama de frecuencias de giro es también muy amplia. Otro factor importante es la variación de la frecuencia de giro cuando varía la carga; a veces es incluso necesario poder regular la frecuencia de giro. Los motores eléctricos reúnen toda una serie de requisitos, por lo que actualmente son las máquinas de impulsión de mayor importancia. La alimentación con energía eléctrica de los motores y en general de todos los aparatos eléctricos, se realiza principalmente mediante redes de distribución. Los vehículos a tracción eléctrica se alimentan también con fuentes de tensión electroquímicas (acumuladores, etcétera). Los generadores alimentan las redes de distribución con energía eléctrica. Transforman energía mecánica de otros portadores de energía, tales como el carbón, gas natural, petróleo, uranio, agua, etc. En energía eléctrica. Los generadores también pueden alimentar con energía eléctrica instalaciones independientes de la red.

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    Unidad IV

    MMAANNTTEENNIIMMIIEENNTTOO DDEE MMOOTTOORREESS DDEE CCOORRRRIIEENNTTEE CCOONNTTIINNUUAA

    1. FUNDAMENTOS MECNICOS DE LOS MOTORES

    En la sociedad moderna, altamente industrializada, se precisan mquinas motrices de propiedades muy variadas. Deben funcionar produciendo un mnimo ruido y contaminar mnimamente el medio ambiente. Por otro lado, es conveniente que su construccin sea compacta y su manejo fcil. Adems de que su precio de adquisicin no sea excesivo deben trabajar econmicamente y con un mnimo de mantenimiento. Segn su campo de aplicacin se precisa potencias que van desde algunos watt hasta varios megawatt. Por otra parte, la gama de frecuencias de giro es tambin muy amplia. Otro factor importante es la variacin de la frecuencia de giro cuando vara la carga; a veces es incluso necesario poder regular la frecuencia de giro. Los motores elctricos renen toda una serie de requisitos, por lo que actualmente son las mquinas de impulsin de mayor importancia. La alimentacin con energa elctrica de los motores y en general de todos los aparatos elctricos, se realiza principalmente mediante redes de distribucin. Los vehculos a traccin elctrica se alimentan tambin con fuentes de tensin electroqumicas (acumuladores, etctera). Los generadores alimentan las redes de distribucin con energa elctrica. Transforman energa mecnica de otros portadores de energa, tales como el carbn, gas natural, petrleo, uranio, agua, etc. En energa elctrica. Los generadores tambin pueden alimentar con energa elctrica instalaciones independientes de la red.

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    Figura 4.1 Medida de la frecuencia de giro con un tacmetro de mano

    Para emplear mquinas elctricas, a parte de sus propiedades elctricas, son de especial inters sus magnitudes mecnicas, tales como la frecuencia de giro, el par y la potencia mecnica. Vamos a describir a continuacin dispositivos para medir estas magnitudes, pues su clculo no es sencillo.

    1.1. MEDIDA DE LA FRECUENCIA DE GIRO

    La frecuencia de giro de una mquina es igual al nmero de revoluciones del rotor en un determinado tiempo y se miden en 1/min (r.p.m.), o bien, en 1/s. En las mquinas elctricas se suele indicar la frecuencia de giro en r.p.m.

    En las aplicaciones tcnicas se emplean diversos dispositivos para medir la frecuencia de giro. El ms sencillo es el tacmetro de mano (Fig. 4.1), con el que puede medirse directamente la frecuencia de giro aplicando simplemente el instrumento al eje de la mquina. La rotacin se transmite mediante un embrague de goma o una ruedecilla.

    Figura 4.2 Mquina con generador tacomtrico incorporado

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    El generador tacomtrico se aplica directamente a la mquina cuya frecuencia quiere medirse (figura 4.2). Segn el tipo proporciona o bien una tensin continua cuyo valor depende de la frecuencia de giro o bien una tensin alterna cuya frecuencia depende de la rotacin. En el primer caso se mide la frecuencia en r.p.m; en el segundo se mide la frecuencia de la tensin, aunque el instrumento tambin est graduado en r.p.m. En lugar de generadores tacomtricos, para obtener la tensin alterna dependiente de la frecuencia de giro pueden emplearse barreras pticas (clulas fotoelctricas) en combinacin con discos perforados o bien sondas de Hall junto con imanes insertados en un embrague (Figura 4.9). Para medir la frecuencia de giro se suelen emplear tacmetros de mano o bien dispositivos de medida basados en generadores tacomtricos, barreras pticas o sondas de Hall.

    1.2. MEDIDA DEL PAR

    El producto de la fuerza F por la longitud s del brazo de palanca se denomina par M de la fuerza (Fig. 4.3). Par: Smbolo M M = F. s [M] = N m Cuando los pares de giro a la derecha y los de giro a la izquierda son iguales la palanca se encuentra en equilibrio, o sea, en reposo. Si los dos pares son diferentes la palanca girar en el sentido del par mayor. En las mquinas elctricas rotatorias tambin se presentan pares (Fig. 4.4). En el estator se origina un campo magntico de flujo . El rotor se compone de un tambor de hierro dulce magntico con muescas o ranuras en las que se insertan los conductores. Segn la regla del motor, todo conductor recorrido por una corriente se encuentra sometido a una fuerza de valor.

    F= B.I.l

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    Figura 4.3 Ley de la palanca

    Esta fuerza se encuentra aplicada al conductor a una distancia s del eje del rotor. Cuando tengamos z conductores recorridos por corriente en el campo magntico aparecer un par M de valor M=F.s M=B.I.l.z.s

    Figura 4.4 Seccin del modelo simplificado de un motor elctrico

    Se obtendr una frecuencia de giro constante cuando este par sea igual al necesario para que gire el rotor, el cual opone un par resistente.

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    En las mquinas elctricas giratorias el par se mide con ayuda de frenos o de mquinas reversibles.

    Figura 2.5 Curva de par M en funcin de la frecuencia de giro n de un motor

    En un motor elctrico estn relacionados, el par M y la frecuencia de giro n, pues sta disminuye cuando aumenta el par. Cuando el motor arranca la frecuencia de giro n es nula, y el par que acta en este instante sobre el eje se denomina par de arranque MA (Fig. 4.5).

    Figura 2.6 Balanza electrodinmica

    Para medir el par se utiliza el principio de la balanza electrodinmica (Figura 4.6). Cuando el eje de una mquina transmite un determinado par, para que la mquina permanezca en reposo es preciso que su sujecin ofrezca un par resistente de igual intensidad.

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    Si la carcasa est montada de modo que pueda girar, como en el freno descrito anteriormente, sobre el brazo de palanca s unido a la carcasa actuar una fuerza F, que podr medirse mediante una bscula decimal, un dinammetro o una caja manomtrica (Figura 4.7).

    Figura 4.7 Freno por corriente de Foucault con dinammetro

    Si en la fabricacin de la escala de medida se tiene en cuenta la distancia S, se podr calibrar el instrumento de medida directamente con el par del motor, pues M = F. s. En los laboratorios tcnicos se utilizan junto al freno por corrientes de Foucault el freno por polvo magntico y el freno hidrulico. Todos estos tipos de frenos se diferencian simplemente por el sistema de frenado. El par puede variarse lineal mente dentro de una gama muy amplia. Con los frenos por polvo magntico y los hidrulicos puede medirse el par de la mquina en cuestin desde el de arranque (en reposo) hasta valores muy elevados a grandes frecuencias de giro. Esto mismo puede conseguirse tambin con el freno por corrientes de Foucault aadindole un freno hidrulico adicional con aceite. En todos los frenos se transforma la energa de frenado en energa trmica, que debe extraerse de los frenos con grandes ventiladores.

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    Para medir el par de un motor pueden emplearse frenos por corrientes de Foucault, frenos por polvo magntico y frenos hidrulicos. Para medir el par necesario para impulsar un generador se utiliza una mquina reversible (Fig. 4.8), que es una mquina de corriente continua que puede funcionar como motor y tambin como dnamo generador. Cuando se utiliza la mquina reversible como motor se transmite un par a la mquina acoplada que se ensaya, por ejemplo un generador. Cuando trabaja como generador cargado con resistores se le acopla el motor ensayado, que es el que transmite el par. Las medidas se efectan segn el principio de la balanza electrodinmica, o sea que la carcasa de la mquina reversible se sujeta de modo que pueda girar y se le acopla un brazo de palanca. El par se mide con una bscula decimal o con un dinammetro sobre los que acta el brazo de la palanca. Cuando la mquina reversible acciona otra mquina se mide el par resistente de sta. Cuando es la otra mquina la que impulsa la mquina reversible, con sta se mide el par motor de aqulla. Con las mquinas reversibles se puede medir el par de un motor y el par necesario para impulsar un generador.

    Figura 4.8 Puesto de medida de mquinas con dinamotor y balanza decimal.

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    1.3. RELACIN ENTRE LA FRECUENCIA DE GIRO, EL PAR Y LA POTENCIA El eje de una mquina que gira con una frecuencia de giro n transmite un par M. Con estas dos magnitudes podemos calcular la potencia mecnica de la mquina. Para ello tenemos las siguientes frmulas:

    TWP = ; sFW =

    tsFP = ;

    tsv =

    vFP =

    En las mquinas la fuerza acta sobre un punto del contorno del eje. La velocidad de este punto depende de la frecuencia de giro n y del radio r del eje. La frecuencia de giro n nos indica cuntas revoluciones efecta el punto alrededor del eje al cabo de la unidad de tiempo. El punto describe en cada vuelta una longitud s = 2 . r . (permetro del eje), con lo que podemos calcular la velocidad del punto, que ser:

    = rnv 2 Si en la frmula de la potencia calculada anteriormente sustituimos el valor de la velocidad que acabamos de hallar obtenemos:

    rFnP = 2

    El producto F . r (fuerza por radio del eje) es el par de la mquina. Por tanto, la potencia mecnica de la mquina vendr dada por la frmula:

    MnP = 2

    De esta ecuacin de magnitudes podemos deducir otra con valores numricos de gran importancia tcnica.

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    La potencia vendr indicada en N (m/min) cuando el par venga dado el en Nm y la frecuencia de giro en 1/min (r.p.m.). Si dividimos por 60 y por 1 000 obtenemos:

    MnP =1000602

    En kW,

    Pues kWsNm

    11000 = Por tanto, la ecuacin con valores numricos ser:

    9549MnP = en kW, con M en Nm y n en r.p.m.

    Las magnitudes mecnicas, frecuencia de giro, par y potencia no se calculan nicamente por separado, pues para poder valorar las propiedades de una mquina es de gran importancia conocer la interdependencia entre estas tres magnitudes. La figura 4.9 nos muestra un equipo de medida que refiere estos requisitos.

    Figura 4.9 Puesto de medida para mquinas

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    Figura 4.10 Mquina con colector

    Figura 4.11 Esquema de un generador de continua

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    Figura 4.12 Funcionamiento del colector

    2. MQUINA DE CORRIENTE CONTINUA Las mquinas de corriente continua (Figura 4.10) suelen tener un estator de polos salientes. Los extremos de las bobinas de los devanados del rotor estn soldados a los segmentos de cobre del colector, llamadas delgas. En los generadores de corriente continua la energa elctrica inducida en el devanado del rotor se saca al exterior a travs de escobillas de carbn. En los motores de continua las escobillas sirven para suministrar al rotor la corriente elctrica que provoca su rotacin. 2.1. FUNCIONAMIENTO DE LOS GENERADORES DE CORRIENTE

    CONTINUA

    La figura 4.11 nos muestra el modelo de un generador de corriente continua. Una bobina gira en un campo magntico. Y en ella se inducir una tensin alterna. Esta tensin se rectifica en el colector y se lleva al exterior. Podemos explicar este proceso con ayuda de la figura 4.12, en la que podemos observar los sentidos de corrientes y tensiones en los instantes t1 a t6. En los instantes t1 y t2 el conductor 1 se encuentra situado bajo el polo norte, y el conductor 2 bajo el polo sur. Segn la regla de la mano derecha se obtendrn los sentidos de corrientes y tensiones trazados en la figura. En el instante t3 la bobina se encuentra en la zona neutra del campo magntico, en la que no existen variaciones del flujo magntico, por lo que tampoco se inducir tensin alguna. Si la bobina contina girando se volver a inducir una tensin en ella. No obstante, en los instantes t4 y t5 el conductor 1 se encuentra bajo el polo

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    sur y el conductor 2 bajo el polo norte. Por tanto, variarn los sentidos de corrientes y tensiones en la bobina. Sin embargo, el sentido de la corriente y de la tensin en el circuito exterior es el mismo que en los instantes anteriores pues el colector ha girado junto con la bobina. En el instante t6 la bobina vuelve a encontrarse en la zona neutra del campo magntico y no se inducir tensin. Estos fenmenos se van repitiendo mientras la bobina est girando. Por el circuito exterior circular entonces una corriente continua pulstil (Figura 4.11). En los generadores de corriente continua el colector rectifica la corriente alterna inducida en el devanado del rotor.

    Figura 4.13 Colector

    En la prctica el devanado del rotor se compone de varias bobinas con gran nmero de espiras situadas en las ranuras del paquete de chapas del rotor. Los .terminales de las bobinas se sueldan a las delgas del colector (Figura 4.13). Las diferentes bobinas se pueden conectar en serie y en paralelo. Las escobillas se encuentran en la zona neutra del colector, pues aqu la tensin entre dos delgas colindantes es aproximadamente nula

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    Figura 4.14 Dispositivo portaescobillas

    Las escobillas de carbn tienen un tamao tal que abarcan dos delgas (Figura 4.14), con lo que se evita una interrupcin de la circulacin de la corriente. Si entre dos del gas situadas en la zona neutra existe una tensin sta quedar ponteada por las escobillas. En la parte cortocircuitada del devanado circular una corriente que crear un campo magntico. Cuando desaparece el ponteado tambin desaparecer el campo magntico y aparecer una tensin de autoinduccin que originar una corriente. sta har saltar chispas bajo las escobillas. Para evitarlo se desplazan ligeramente las escobillas sobre el colector en el sentido de giro.

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    Figura 4.15: Estator de una dnamo

    El campo magntico se obtiene mediante el devanado principal del estator. En las mquinas usuales este devanado suele componerse de bobinas anulares arrolladas sobre los ncleos de los polos principales (Figura 4.15). El flujo magntico entra o sale por las zapatas polares atornilladas sobre los ncleos polares. Tanto las zapatas polares como el ncleo del rotor y a veces tambin los ncleos polares suelen componerse de chapas por motivos constructivos, para reducir las prdidas por corrientes de Foucault. En el estator el circuito magntico queda cerrado por la culata (Figura 4.16). Las mquinas de continua modernas ya no se fabrican con polos salientes para conseguir una unificacin y normalizacin. Los devanados de los polos principales y auxiliares se encuentran alojados en las ranuras de un paquete de chapas de un estator trifsico normalizado (Figura 4.16).

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    Figura 4.16 Seccin a travs de una mquina de corriente continua,

    arriba: tipo habitual; abajo: construccin moderna

    2.2. FUERZA ELECTROMOTRIZ - TENSIN EN CIRCUITO ABIERTO

    La tensin inducida en el devanado del rotor se denomina fuerza electromotriz (f.e.m.). No obstante, en la prctica se suele trabajar con la tensin en circuito abierto Uo que es la que puede medirse en los bornes del generador. Ambas son aproximadamente iguales. En las grficas de las figuras 4.17 y 4.18 podemos ver que la tensin en circuito abierto Uo es directamente proporcional a la frecuencia de giro n. La grfica se obtuvo moviendo el devanado del rotor con diferentes frecuencias de giro a travs de un campo magntico constante.

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    Figura 2.17 Grfica de la tensin en circuito abierto Uo en funcin de la frecuencia de giro n

    Figura 2.18 Grfica de la tensin en circuito abierto Uo en funcin de la intensidad de excitacin Ie

    La tensin Uo inducida en el devanado del rotor puede calcularse con la frmula.

    zvlBU = U: Tensin inducida en la bobina. l: Longitud efectiva del conductor. v: Velocidad del conductor. z: Nmero de espiras conectadas en serie en la bobina. Como en nuestro caso la velocidad del conductor v es directamente proporcional a la frecuencia de giro, la tensin inducida en el rotor en circuito abierto (tensin de inducido en circuito abierto) Uo tambin ser directamente proporcional a la frecuencia de giro.

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    Figura 2.19 Reaccin del inducido (representacin simplificada). a) Campo principal del generador sin carga.

    b) Campo transversal de inducido del generador cargado. c) Campo total en el generador cargado.

    La induccin magntica B de la mquina depende de la intensidad de la corriente de excitacin le y de la permeabilidad del hierro. Al ir aumentando la intensidad de excitacin le disminuir la permeabilidad, puesto que el hierro se ir saturando. Como podemos ver en la grfica (Figura 4.18) la tensin en circuito abierto Uo ir aumentando cada vez menos cuando vaya creciendo la intensidad de excitacin le. La curva presenta pues una frmula anloga a la curva de imanacin. La tensin en circuito abierto Uo de un generador de corriente continua depende de la intensidad de la corriente de excitacin le y de la frecuencia de giro n.

    2.3. REACCIN DEL INDUCIDO Cuando se cargue el generador circular una corriente la a travs del devanado del rotor, con lo que en l, o sea, en el inducido, aparecer un campo magntico perpendicular al campo principal (Figura 4.19). La intensidad de este campo transversal de inducido depende de la intensidad de la corriente de inducido la, o sea, tambin de la carga. Este campo se superpondr al principal, debilitndolo en uno de los bordes de los polos y reforzndolo en el otro. Como las mquinas de corriente continua trabajan en la zona de saturacin magntica no se manifestar est reforzamiento, pero s el

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    debilitamiento. Por tanto, en resumidas cuentas el campo transversal del inducido debilitar al campo principal. La zona neutra del campo magntico y la del colector quedarn desplazadas un ngulo a como consecuencia de la reaccin del inducido. Por tanto, las escobillas se encontrarn entonces en una zona en la que existen tensiones entre las delgas. Este hecho provocar un aumento de las chispas entre escobillas y delgas, que irn quemando y desgastando tanto las unas como las otras. Para evitar todo esto deben disponerse las escobillas desplazadas un ngulo a en el sentido de giro. Sin embargo, esto implicara que la posicin de las escobillas debera variarse para cada variacin de la carga. Para eliminar la reaccin del inducido y no tener que desplazar las escobillas deber compensarse el campo transversal de inducido mediante campos magnticos de igual intensidad pero de sentido opuesto. Para ello, se colocan en la zona elctrica mente neutra de la mquina unos polos auxiliares, tambin llamados polos de conmutacin o interpolos, y se montan sobre las zapatas polares unos devanados de compensacin (Figura 4.20).

    Figura 2.20 Seccin de una dnamo con devanados de conmutacin y de compensacin

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    Las corrientes que circulan por los devanados de conmutacin y de compensacin deben presentar un sentido tal que sus campos magnticos compensen el campo transversal de inducido en la zona correspondiente. La intensidad de ste ltimo campo depende de la intensidad de la corriente de inducido. Si se conectan el devanado auxiliar y el de compensacin en serie con el devanado del inducido sus respectivos campos magnticos dependern tambin de la corriente en el inducido, con lo que se logra que al campo transversal se opongan siempre campos magnticos con los valores deseados (Figura 4.21). De este modo se consigue eliminar casi totalmente las chispas entre escobillas y delgas. En la prctica suele ser suficiente montar solamente un devanado auxiliar de conmutacin, sobre todo para potencias pequeas, y prescindiendo del de compensacin.

    Figura 2.21 Conexin de los devanados de inducido, de conmutacin y

    principal en una dnamo

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    3. MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA Los motores de corriente continua tienen una estructura anloga a la de las dnamos. Todas las dnamos pueden trabajar como motor. 3.1. FUNCIONAMIENTO DE LOS MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

    El funcionamiento de un motor de continua puede explicarse con ayuda del modelo de mquina que ya conocemos (Figura 4.22). Se aplica una tensin a las escobillas, con lo que circular una corriente por la bobina. Si existe un campo excitador actuar una fuerza sobre la bobina recorrida por la corriente. La fuerza est aplicada a una distancia r del eje de rotacin, con lo que tambin aparecer un par. Segn la regla de la mano izquierda la bobina girar en el sentido indicado en la figura. En la posicin horizontal no circula corriente por la bobina pues las escobillas se encuentran situadas sobre el aislante. Sin embargo, la espira conductora continuar girando por inercia. A continuacin el colector invertir el sentido de la corriente que circula por la espira. Por tanto, las corrientes que circulan por los conductores situados bajo los polos tendrn los mismos sentidos que antes, con lo que el par actuar siempre en el mismo sentido. Estos fenmenos se van repitiendo mientras exista una tensin aplicada a las escobillas.

    Figura 4.22 Esquema simplificado de un motor de continua

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    El par M depende de la fuerza que acta sobre los conductores recorridos por corriente. La fuerza puede calcularse con la frmula:

    zIlBF =

    3.2. FUERZA CONTRAELECTROMOTRIZ. CORRIENTE DE INDUCIDO Cuando una bobina gira en un campo magntico aparecer en ella una fuerza electromotriz, de valor aproximadamente igual al de la tensin en circuito abierto Uo. La f.e.m. depende de la induccin magntica B del campo y de la frecuencia de giro n. Esta fuerza electromotriz tambin se induce en el devanado de inducido del motor de corriente continua. Segn la regla de la mano derecha tendr un sentido opuesto al de la tensin Ua aplicada al inducido, por lo que tambin se la denomina fuerza contraelectromotriz (f.c.e.m.). De ella depende la intensidad de la corriente de inducido la. Tenemos pues:

    a

    oaa R

    UUI

    = Despejando podemos calcular la tensin en circuito abierto si conocemos la intensidad Ia de la corriente que circula por el inducido:

    aaao RIUU = En el instante de conexin el rotar an no gira, por lo que la fuerza contraelectromotriz ser nula. Tenemos pues para la corriente de arranque. Para que el rendimiento sea grande deber ser pequea la resistencia Ra del devanado de inducido, con lo que la corriente de arranque lA ser muy intensa. Por tanto, ser preciso limitarla mediante un restato de arranque. Por otro lado, la gran intensidad de la corriente de arranque da lugar a un gran par de arranque MA con lo que la frecuencia de giro n crecer muy rpidamente hasta alcanzar su valor de rgimen.

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    Cuando el motor se carga disminuye su velocidad y, por tanto, la fuerza contraelectromotriz. Por consiguiente, la intensidad de inducido crecer. La frecuencia de giro se ir reduciendo hasta que el aumento de la intensidad de inducido del motor provoque un momento de valor igual al par resistente de la mquina a impulsar.

    3.3. SENTIDO Y FRECUENCIA DE GIRO Segn la regla de la mano izquierda el sentido de la fuerza que acta sobre un conductor recorrido por una corriente y situado en un campo magntico depende de los sentidos del campo y la corriente. Esto significa en el caso del motor de continua que su sentido de giro depender del sentido de la corriente le que circula por el devanado de excitacin (inductor) y del de la corriente la por el devanado de inducido (Fig. 2.23). Cuando se desee invertir el sentido de giro deber invertirse el sentido de una de estas dos corrientes. El sentido de giro de un motor de continua puede invertirse cambiando el sentido de la corriente que circula por el inducido o el de la que circula por el inductor. Cuando deba cambiarse frecuentemente el sentido de giro de un motor de corriente continua se invertir el sentido de la corriente de inducido, con lo que se evitan las elevadas tensiones que aparecen por autoinduccin cuando se conmuta el devanado de excitacin. La frecuencia de giro de un motor de corriente continua puede gobernarse mediante la tensin Va del inducido y mediante la intensidad le de la corriente de excitacin.

    Figura 4.23 Sentido de giro de un motor de continua

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    Cuando aumenta la tensin Ua aplicada al inducido tambin crecer la intensidad de inducido Ia, con lo que tambin aumentar el par motor M y el rotar se mover a mayor velocidad. Pero por otro lado tambin crecer la fuerza contraelectromotriz Uo que har disminuir la corriente de inducido la. La frecuencia de giro n crecer hasta un valor tal que haga que la corriente de inducido la tenga la intensidad de partida. De este modo presentar el motor el mismo par M que antes de variar la tensin. Razonamientos anlogos nos permiten sacar la conclusin de que la frecuencia de giro n disminuir cuando se reduzca la tensin Ua aplicada al inducido.

    Figura 4.24 Reaccin de inducido en el motor de continua

    Cuando se reduce la intensidad de excitacin le disminuye tambin la fuerza contraelectromotriz Uo. Con ello crecer la corriente de inducido la y el par M. Por tanto el rotor girar a mayor velocidad. No obstante, esto provocar que aumente la fuerza contraelectromotriz Uo y que se reduzca la intensidad de inducido la. Si suponemos que el par resistente es constante, la frecuencia de giro n del motor seguir creciendo hasta que la corriente de inducido la haya alcanzado la intensidad que presentaba originariamente. Razonando anloga mente para un aumento de la intensidad de la corriente de excitacin obtendramos como resultado que la frecuencia de

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    giro disminuira. Es importante evitar el que la corriente de excitacin se reduzca repentinamente en un salto de gran intensidad, pues en este caso la frecuencia de giro aumentara excesivamente, o sea, que el motor se embalara, con lo que podra estropearse.

    3.4. REACCIN DEL INDUCIDO

    La corriente que circula por el devanado de inducido da lugar a un campo transversal que afectar al campo principal. La zona neutra quedar desplazada un ngulo a en sentido contrario al de giro (Figura 4.24). Para evitar un aumento de las chispas en las escobillas debern desplazarse stas en el sentido de giro del motor a una distancia adecuada para la carga correspondiente. No obstante, de este modo no se logra evitar el debilitamiento del campo principal.

    Figura 4.25 Estator de un motor de continua

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    Para evitar los inconvenientes del desplazamiento de las escobillas pueden montarse polos auxiliares de conmutacin, al igual que en las dnamos. Para grandes potencias y cuando los motores se carguen bruscamente se puede disponer adems un devanado de compensacin. Al igual que en las dnamos ambos tipos de devanado se conectan en serie con el del inducido para que al campo transversal se le opongan en todo momento campos magnticos de igual valor y sentido opuesto. El sentido de la corriente en el devanado del polo de conmutacin debe ser tal que a un polo principal en el estator de la mquina le siga en el sentido de giro uno auxiliar del mismo nombre.

    3.5. CONEXIONES COMPORTAMIENTO DE RGIMEN El comportamiento de rgimen de los motores de continua depende en gran manera del modo en que se conecten inductor e inducido. 3.5.1. MOTOR CON EXCITACIN EN DERIVACIN

    En el motor con excitacin en derivacin, tambin llamado motor shunt, el devanado del inducido y el de excitacin se encuentran conectados en paralelo (Figura 4.26). Por tanto, el devanado del inductor, o sea, el de excitacin, est sometido directamente a la tensin de la red, con lo que su campo magntico es prcticamente independiente de la frecuencia de giro y de la carga.

    Figura 4.26 Circuito de un motor shunt. (Hemos indicado tambin los instrumentos de medida empleados en el experimento 4-13)

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    En la grfica de la figura 4.27 podemos ver que la frecuencia de giro n se reduce ligeramente cuando aumenta la carga, es decir, el par resistente. En cambio la intensidad la de la corriente de inducido crece cuando se carga el motor en derivacin. La cada de tensin en la resistencia Ra del devanado de inducido tambin aumenta, con lo que disminuye la fuerza contraelectromotriz y como consecuencia tambin la frecuencia de giro. El comportamiento de un motor con excitacin en derivacin se caracteriza por una ligera reduccin de la frecuencia de giro n cuando aumenta la carga. El rendimiento es relativamente bajo para cargas pequeas, pues las prdidas de excitacin, que son constantes e independientes de la carga, se ponen claramente de manifiesto. La corriente de arranque lA es intensa, pues las resistencias de los devanados de inducido, auxiliar y de compensacin son pequeas. Despreciando las resistencias de los devanados de compensacin y de conmutacin obtenemos la siguiente frmula para la intensidad de la corriente de arranque:

    Figura 4.27 Caracterstica frecuencia de giro/par de un motor shunt

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    Figura 4.28 Circuito de un motor de continua con excitacin independiente

    La corriente de excitacin le suele despreciarse a causa de su pequea intensidad. El motor se pone en marcha mediante un restato de arranque (Figura 4.24). La frecuencia de giro n puede gobernarse mediante la tensin Va aplicada al devanado del inducido o tambin variando la intensidad de la corriente de excitacin le mediante el restato de campo (el superior en la Figura 4.24). La tensin aplicada al inducido puede variarse mediante el restato de arranque, siempre que ste est proyectado para funcionamiento en rgimen permanente. El motor shunt se utiliza en todos aquellos casos en que sea precisa una frecuencia de giro uniforme, por ejemplo, para accionar mquinas/herramientas.

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    Figura 2.29 Grupo convertidor Leonard

    3.5.2. MOTOR DE CONTINUA CON EXCITACIN

    INDEPENDIENTE El devanado de excitacin y el de inducido de un motor de continua con excitacin independiente se alimentan mediante dos fuentes de tensin diferentes (Figura 4.28), cuyas tensiones suelen ser tambin de valores distintos. Los motores de corriente continua cuyo campo magntico se obtiene mediante imanes permanentes (por ejemplo, motores para limpiaparabrisas) deben considerarse tambin como motores con excitacin independiente. Los motores con excitacin independiente presentan un comportamiento de rgimen anlogo a los motores con excitacin en derivacin, o sea, que su frecuencia de giro es prcticamente constante e independiente de las variaciones de la carga. Su velocidad se puede gobernar mediante la tensin del devanado de inducido o tambin mediante la intensidad de la corriente de excitacin. Los motores con excitacin independiente se emplean cuando se desea poder gobernar la frecuencia de giro, para lo cual suele variarse la tensin del inducido. sta suele venir suministrada por generadores de continua (convertidor Leonard) o por rectificador es gobernados por tiristores.

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    El grupo convertidor Leonard se compone de un total de hasta cuatro mquinas (Figura 4.29). Un motor M1, generalmente un motor asncrono trifsico, acciona dos dnamos: una pequea G1 y otra mayor G2. La dnamo G1 proporciona la potencia de excitacin, la dnamo G2 alimenta el devanado de inducido del motor de continua con excitacin independiente M2. Con el reostato de campo R1 se ajusta la intensidad de excitacin de la excitatriz. De este modo puede ajustarse la tensin de la red de continua que sirve para excitar las dems mquinas. La intensidad y el sentido de la corriente de excitacin de la dnamo G2 se ajustan con el restato inversor de campo R2. De este modo puede variarse el valor y el sentido de la tensin producida por este generador y aplicada al devanado de inducido del motor M2. La frecuencia de giro de este ltimo puede entonces' gobernarse dentro de una gama muy amplia en ambos sentidos. En lugar de la excitatriz G1 tambin se utiliza frecuentemente un rectificador a semiconductores por ser mucho ms barato. Los motores con excitacin independiente se utilizan en aquellos casos en que haya de gobernarse la frecuencia de giro dentro de mrgenes muy amplios y se precisen grandes potencias, por ejemplo, para accionar mquinas/herramientas, excavadoras, trenes laminadores, etctera.

    3.5.3. MOTOR CON EXCITACIN EN SERIE En el motor con excitacin en serie, o simplemente motor serie, todos los devanados estn conectados en serie, por lo que la corriente que circula por todos ellos es la misma. El grfico de la figura 4.31, que nos muestra que la frecuencia de giro n depende en gran manera de la carga. Cuando el motor se carga aumenta la intensidad de la corriente de inducido la y tambin la de la corriente de excitacin le, pues en el motor serie l = la = le. Al aumentar la intensidad de excitacin le disminuye la frecuencia de giro n. Cuando se reduce la carga aumenta fuertemente la frecuencia de giro. En vaco la velocidad crece excesivamente, el motor se embala.

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    Por consiguiente, los motores con excitacin en serie no debern funcionar sin estar cargados.

    Figura 4.30 Caractersticas de rgimen de un motor serie

    El par M es proporcional a la fuerza F aplicada al devanado de inducido, que a su vez depende de la induccin magntica B y de la intensidad la de la corriente que circula por el inducido, pues F = B . l . I . z. Por debajo de la saturacin magntica la induccin B depende de la corriente le del devanado del inductor. Como estas corrientes son iguales a la consumida, el par del motor serie ser directamente proporcional al cuadrado de la intensidad I de la corriente del motor. Las resistencias de los devanados son muy pequeas para que el rendimiento tome valores grandes. Por consiguiente la intensidad de arranque del motor lA ser muy grande pues:

    iA R

    UI = El motor con excitacin en serie presenta un gran par de arranque MA.

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    Figura 4.31 Mando de la frecuencia de giro de un motor serie

    Un motor serie se caracteriza por presentar un gran par de arranque MA y por tener una frecuencia de giro n que depende mucho de la carga. Los motores con excitacin en serie deben ponerse en marcha a travs de un restato de arranque para limitar la intensidad de su corriente de arranque (Figura 4.31). La frecuencia de giro n puede gobernarse mediante resistores en serie (dimensionados para el rgimen permanente) o mediante rectificadores gobernados a tiristores. Tambin puede variarse la frecuencia de giro con un restato de campo conectado en paralelo con el devanado de excitacin (Figura 4.31). Deber evitarse que el motor se embale. El motor serie se emplea para accionar grandes cargas, por ejemplo, vehculos, ascensores, motores de arranque para coches, etc., gracias a su gran par de arranque MA.

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    Figura 2.32 Circuito de un motor compound

    3.5.4. MOTOR COMPOUND El motor compound rene las propiedades de Los motores serie y shunt, pues posee un devanado en serie y otro en paralelo (Figura 4.32). El motor compound presenta comportamiento de rgimen diferentes segn cmo se haya proyectado (Figura 4.33). Un motor compound normal presenta un par de arranque MA ligeramente inferior al de un motor serie equivalente. Al cargarlo su frecuencia de giro n se reduce algo ms que en un motor shunt; en vaco no se embala. Un motor proyectado como hipercompound presenta un comportamiento similar a un motor serie. En cambio un motor hipocompound se asemeja a un motor con excitacin en derivacin.

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    Figura 4.33 Caractersticas de rgimen de un motor compound

    Por ser ms flexible su relacin frecuencia de giro/par, encuentra su aplicacin en el accionamiento de masas pesadas, por ejemplo, para prensar, estampar, cizallar, etc.

    4. MANTENIMIENTO DE LAS MQUINAS

    Pocas son las partes de las mquinas elctricas sometidas a un desgaste: los cojinetes, los cojinetes, el colector, los anillos rozantes y las escobillas. Los trabajos de mantenimiento no slo consisten en controlar y, de ser necesario, cambiar estas piezas. Tambin deber aadirse grasa o aceite cuando se hayan gastado. Por otro lado, es necesario limpiar las mquinas a intervalos regulares y controlar sus caractersticas tcnicas.

    Figura 2.34 Equilibrado de un rotor

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    Los trabajos de mantenimiento pueden realizarse durante las pausas de paro sistemticas. Despus de cada avera de importancia deber realizarse una inspeccin y control a fondo. Tambin forma parte del mantenimiento el control del funcionamiento de los dispositivos de proteccin. Los cojinetes deben funcionar perfectamente el mayor tiempo posible, por lo que el mantenimiento tambin consistir en controlar su estado. Se limpiarn y engrasarn de nuevo. El desgaste de los cojinetes de friccin se controlar midiendo el juego que presenten. Los cojinetes averiados debern cambiarse lo ms rpidamente posible. Cuando el rotor est desequilibrado deber compensarse mediante pesos adicionales de equilibrio esttico y dinmico (Figura 4.34). Los anillos rozantes deben limpiarse en cada inspeccin de mantenimiento. Los anillos rozantes ovalados o no planos debern retornearse o rebajarse con una muela y a continuacin bruirse o pulirse. Los colectores tambin debern limpiarse durante el mantenimiento. Se utilizar un pao empapado en gasolina para eliminar la capa de polvo y de grasa. Si el colector est deformado deber tambin rectificarse, siendo preciso adems a continuacin rebajar el aislamiento entre las delgas y volver a ajustar la posicin de los portaescobillas.

    Figura 4.35 Lijado de un nuevo par de escobillas

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    Las escobillas de carbn debern inspeccionarse peridicamente y sustituirse por otras nuevas cuando estn desgastadas. Slo debera emplearse el tipo de escobillas recomendado por el fabricante. Despus de colocarlas debern adaptarse las escobillas con papel de lija (Figura 4.35). Un mantenimiento regular a intervalos de tiempo razonables garantiza un mximo de seguridad de servicio y prolonga la vida de las mquinas. 4.1. MANTENIMIENTO DE RUTINA

    El cuidado regular prolonga la vida de un motor:

    Lubricacin de los cojinetes: Todos los motores tienen cojinetes.

    Muchos necesitan ser relubricados peridicamente o ser verificados en cuanto a su nivel de aceite.

    1. Cojinetes lubricados con aceite. Utilice el aceite especificado y no

    use aceite en exceso, porque el aceite saldr a modo de fugas y acumular suciedades (mugre).

    Depsito tipo colector. El nivel del colector debe ser verificado

    despus de que un motor se haya detenido durante algn tiempo para que el aceite tenga una oportunidad de regresar al colector y enfriarse. El aceite se expande cuando est caliente. No ponga demasiado aceite.

    Depsito del tipo mecha, empaque o buje poroso. Por lo

    general, los fabricantes especifican la frecuencia de la lubricacin y la cantidad de aceite necesario para la saturacin apropiada. Repetimos, no ponga demasiado aceite.

    2. Cojinetes lubricados con grasa. Utilice la grasa especificada. Ponga

    la grasa con el motor caliente y operando, pero teniendo cuidado de no quemarse o lastimarse.

    Antes de engrasar, limpie el accesorio de grasa y el extremo de

    la pistola de grasa. Cuando haya un tapn de respiradero o de alivio de presin,

    qutelo antes de engrasar. Agregue grasa hasta que la grasa nueva salga por el tapn del

    respiradero. No ponga el tapn, despus de engrasar, sino hasta que la

    grasa fresca ya no salga cuando opere el motor.

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    Si no hay un tapn de alivio de presin, tenga mucho cuidado de no seguir agregando grasa si, aparentemente, la presin se est acumulando dentro de la caja de cojinetes. La presin excesiva de la grasa puede estallar los sellos o las protecciones de cojinetes o hacer que la grasa pase ms all de los cojinetes y sea introducida en el motor. Despus de engrasar, quite el accesorio de grasa y deje operar el motor hasta que la grasa fresca ya no salga. No deje el cojinete demasiado lleno de grasa. La grasa excesiva aumenta la friccin y calienta el cojinete, derritiendo y oxidando la grasa. Cuando hay demasiada grasa, sta tiende a salir y a introducirse en el motor en donde acumula suciedades.

    Limpieza del motor. Los motores duran ms cuando se

    mantienen limpios. La mugre interfiere con el enfriamiento y puede daar el aislamiento.

    1. Peridicamente debe cepillarse o limpiarse la parte exterior de un

    motor. Deben aspirarse los respiraderos y los tamices (telas metlicas o screens) de los motores abiertos. No trate de soplar el polvo hacia fuera con una manguera de aire; el chorro de aire puede introducir el polvo entre las vueltas del devanado haciendo que falle el aislamiento. Es muy importante limpiar el exterior de los motores totalmente encerrados debido a que la superficie de estos motores debe disipar todo el calor generando en el interior. El polvo acta como un aislamiento. En los motores totalmente encerrados y enfriados con ventilador, el aro de refuerzo est unido generalmente con unos cuantos tornillos. Qutelo para limpiar las ranuras o tamiz en donde el ventilador jala el aire hacia adentro, la superficie interior del aro de refuerzo y las cuchillas del ventilador. Asegrese de que el ventilador est apretado en el eje del motor y de que no est daado; el polvo abrasivo puede, en ocasiones, desgastar el metal de la cuchilla (aspa) del ventilador.

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    2. Algunos motores requieren del desensamble peridico y de la limpieza interna. Dependiendo del tipo de mugre, podra ser necesario utilizar vapor, agua caliente y detergente o solventes al limpiar los motores.

    No utilice agentes limpiadores que pudieran daar el aislamiento.

    No conecte un motor hmedo al voltaje de lnea. Si lo hace, se producir el arqueamiento y ocurrirn daos en el aislamiento. Antes de aplicar energa, seque completamente el motor en un flujo de aire caliente si es posible. Comnmente, es necesario desensamblar los motores abiertos para limpiarlos, debido a que un ventilador hace que pase el fro a travs de ellos. Cuando los respiraderos de un motor abierto estn demasiado cargados de suciedades, es casi seguro que el interior tambin requiera la limpieza. Hay posibilidades de que los motores con escobillas requieran de una mayor limpieza que los motores que no tienen escobillas. Las partculas de carbn y cobre, que son el resultado del desgaste, se adhieren a cualquier pelcula de aceite o grasa y, en ocasiones, el aislamiento ligeramente pegajoso en los devanados. Las partculas son conductoras y podran ocasionar el arqueamiento sobre la superficie del aislamiento. Bajo ciertas condiciones, an los motores totalmente encerrados, sin escobillas, podran requerir del desensamble para el secado y/o limpieza. Aunque, normalmente, el aire no circula a travs de ellos, dichos motores s respiran; el aire en el interior es empujado hacia fuera conforme el motor se calienta y el aire exterior, incluyendo la humedad y la mugre, son aspirados hacia el interior cuando el motor se enfra. Despus de muchos ciclos de calentamiento y enfriamiento, los motores totalmente encerrados pueden llegar a acumular mucha agua lo cual reduce la resistencia del aislamiento y permite el arqueamiento.

    Escobillas, colectores (conmutadores), anillos deslizantes o de friccin

    e interruptores internos.

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    Los motores de C.D. y los motores C.A., con escobillas y colectores (conmutadores) o anillos de friccin requieren una atencin rutinaria cada vez ms frecuente. Los motores con interruptores (switches) centrfugos internos tambin requieren de, por lo menos, una verificacin peridica rpida para asegurarse de que los interruptores estn funcionando bien.

    1. Chispas de las escobillas En aquellos motores en los que se puedan ver las escobilas mientras el motor opera, se debe verificar si stas hacen chispas bajo cargas normales y pesadas del motor. Las chispas ligeras podran ser tolerables en los motores pequeos, de C. D. y de CA-CD para trabajo ligero. En los motores de C.D. para trabajo continuo no deben observarse chispas bajo condicin de carga alguna. Las chispas abundantes o el arqueamiento pueden quemar, picar aflojar las barras del colector (conmutador) y producir cortos a travs de la mica que hay entre ellos. El calor podra hacer que la soldadura que conecta los alambres de la armadura (inducido) a las barras del colector se derritiera y se esparciera alrededor del motor. El calor tambin puede daar el aislamiento, los portaescobillas y los resortes de las escobillas. Un motor con escobillas que hacen chispas debe pararse tan pronto como sea posible. Las escobillas producirn chispas o se arquearn cuando hay algo malo en el contacto de la escobilla con el colector.

    Los problemas de escobilla/colector son el resultado de:

    Escobillas que se han acortado por el desgaste.

    Se supone que los portaescobillas colocan con precisin las escobillas, en tal forma que toda la superficie terminal de la escobilla entre en contacto con el colector (conmutador). Las escobillas cortas no pueden colocarse con precisin. La corriente se concentrar en aquella parte de la escobilla que hace contacto con el colector y, as, se producir el

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    sobrecalentamiento, las barras quemadas o picadas de los colectores y las chispas. Si una escobilla se desgasta al grado de que el cable flexible de conexin empotrado en ella, entre en contacto directo con el colector, este ltimo se daar. Conforme se desgastan las escobillas, los resortes de las escobillas se tensionan menos y no presionan la escobilla sobre el colector en forma suficiente. Algunos tipos de resorte de escobillas pueden ajustarse para compensar el desgaste; debe medirse la tensin y hacerse determinados ajustes siguiendo un plan regular.

    Figura 4.36

    Resortes dbiles de escobillas Los resortes de escobillas pierden su tensin cuando se sobrecalientan - normalmente como resultado de escobillas arqueadas. Deben reponerse los resortes dbiles de escobillas.

    Escobillas mal colocadas

    En algunos motores, es ajustable la posicin de las escobillas alrededor del colector. La posicin debe ser ajustada para producir el menor nmero posible de chispas bajo una carga

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    normal del motor. Un portaescobillas suelto no mantendr las posiciones exactas de las escobillas.

    Devanados abiertos o con cortos

    Las vueltas con cortos o los cortos a tierra en la armadura o en los devanados de interpolos pueden producir chispas en las escobillas.

    Figura 2.37

    Mica Alta

    Las barras de cobre del colector en ocasiones se desgastan ms rpidamente que la mica aislante entre ellas. Las escobillas brincarn a lo largo sobre la mica alta en vez de hacer buen contacto con las barras del colector.

    Colector (conmutador) spero

    Las escobillas no harn buen contacto con un colector ovalado, picado, quemado, spero o daado en alguna otra fuera. La corriente de parada excesiva puede daar aquellas barras del colector que se encuentren bajo las escobillas durante la parada en tal forma que las escobillas vibrarn, se arquearn y desgastarn rpidamente conforme el motor opera.

    Colector (conmutador) aceitoso o sucio La mugre en el colector acelerar el desgaste. El aceite y la grasa no slo interfieren con el buen contacto sino que, en ocasiones, harn que las partculas conductoras de carbn o

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    cobre se adhieran en las ranuras entre las barras del colector, produciendo cortos al unir las barras. Un colecto debe estar limpio, pero el cobre debe haber desarrollado un brillo caf. Es posible que este brillo no se forme cuando el motor opere consistentemente bajo cargas ligeras o excesivas. Un color cobre brillantes indica que el colector se est desgastando.

    2. Mantenimiento e inspeccin de las escobillas En la mayora de los motores grandes, es necesario remover las placas de inspeccin para ver las escobillas. En los motores pequeos, normalmente hay que remover las escobillas individuales para la inspeccin. Por lo general, cuando la longitud original de una escobilla se ha reducido ms de la mitad y no est chispeando, puede dejarse en su lugar o devolverse para darle un mayor servicio. Asegrese de reponer cada escobilla a su posicin original. No vuelva a utilizar las escobillas que estn astilladas, rotas, torcidas por el desgaste o cuya longitud original se haya reducido ms de una mitad. Si una escobilla est en un estado bastante peor que el resto, verifique con todo cuidado el portaescobillas y el resorte.

    3. Inspeccin del colector (conmutador)

    Antes de volver a colocar las escobillas, verifique todo el colector. Si observa ranuras o bordes, decoloracin, quemado o picado de las barras, barras sueltas o mica alta entre las barras, ser necesario desensamblar el motor para hacer la reparacin correspondiente. Si el colector se ve bien, excepto por unas ranuras, picaduras o puntos quemados menores, puede limpiarse con una piedra para colector que se mantendr contra el colector conforme el motor opera. Tenga cuidado de no tocar las escobillas, los portaescobillas, resortes o cables.

    4. Reemplazo de escobillas Seleccione las escobillas de reemplazo correctas. Hay escobillas de diferentes grados de dureza. Utilice el grado especificado por el

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    fabricante. Reponga el juego completo an cuando una sola escobilla est mal. Las escobillas son frgiles y fcilmente se astillan o agrieta. No introduzca una escobilla en su lugar a la fuerza.

    Figura 4.38

    Asegrese de instalar las escobillas en tal forma que el ngulo en el extremo de la escobilla corresponda a la curvatura del colector. Si las nuevas escobillas encajan bastante bien en el colector, pueden asentarse con una piedra para asentar escobillas y pulir, al mismo tiempo, el colector. Si deben remodelarse los extremos de las escobillas, para adaptarse al colector, asiente las escobillas con una lija fina. No utilice tela esmeril porque podra dejar partculas de arenilla conductora en el motor. Asegrese de introducir la lija en forma suficiente alrededor del colector para evitar ovalar el extremo de la escobilla en la direccin equivocada.

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    Figura 4.39

    Los portaescobillas deben apretar las escobillas lo suficiente para evitar que vibren. Sin embargo, deben tener suficiente libertad para moverse hacia adentro y hacia fuera. Si una escobilla se pega en su portaescobillas no har un buen contacto. Los portaescobillas deben colocarse suficientemente cerca del colector para soportar las escobillas, pero no tan cerca que los arcos brinquen entre el colector y el portaescobillas. Verifique las especificaciones del fabricante. Es posible que se requiera del ajuste si el colector est volteado.

    Figura 3.40

    Tambin debe verificarse la tensin del resorte spring. Si sta es demasiado alta en el caso de escobillas nuevas y ms largas, las escobillas se desgastarn rpidamente. Es muy probable que los resortes que hayan estado en servicio durante largo tiempo hayan perdido su tensin. Reemplcelos si son demasiado dbiles.

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    Figura 3.41

    Asegrese que todo aislamiento en los cables flexibles hacia las escobillas est en buenas condiciones y que los cables no estn puestos a tierra en algn lado.

    4.2. MANTENIMIENTO PREDICTIVO La mayora de los programas completos de mantenimiento establecen la inspeccin peridica y las pruebas de los motores para detectar los problemas antes de que ocasionen paros costosos. En todos los casos son importantes los registros cuidadosos de las inspecciones y de las pruebas para indicar las tendencias. Algunos tipos comunes de inspecciones y pruebas incluyen: A. Observar y escuchar el motor cuando arranca y opera, acciona su

    carga normal y se para.

    Observe si hay: Un aflojamiento obvio o vibracin de alguna parte a cualquier

    velocidad. Tiempo largo de arranque. Si un motor toma mucho ms del

    tiempo normal para alcanzar su velocidad normal de operacin que el que tomaba cuando estaba nuevo, hay algo mal.

    Tiempo corto para parar. La mayora de las cargas tienen inercia

    suficiente para que el motor se vaya deteniendo lentamente hasta pararse, a menos que se frene para que se pare rpidamente. Si

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    un motor se detiene ms rpidamente de cmo lo haca cuando estaba nuevo, es posible que algo se est arrastrando.

    Destellos, arcos y escobillas con chispas. Es ms fcil detectar esto

    en la obscuridad. Un destello brillante en un motor con un interruptor centrfugo puede ser un signo de problema en los contactos. Los arcos a travs del aislamiento pueden ser visibles en los motores abiertos.

    Vea si escucha:

    Ruidos semejantes a los que produce la accin de un resorte o

    resquebrajamiento dentro del motor, caja de empalmes o un controlador que indique arqueamiento que podra no ser visible.

    Zumbido excesivo. Muchos motores zumban al arrancar y cuando

    estn bajo carga pesada. Si zumban todo el tiempo podra haber una sobrecarga, devanados con cortos o laminaciones de ncleo sueltas. Un motor tambin podra zumbar si es bajo el voltaje o de alimentacin o el voltaje en una fase. Los motores de C.D. zumbarn cuando su voltaje de alimentacin tiene una fluctuacin excesiva de corriente.

    Ruidos especiales en los cojinetes o de un arrastre del rotor sobre

    el estator.

    El ruido circundante de la maquinaria podra disimular (enmascarar) los ruidos del motor. Para aislar y localizar los ruidos del motor podra ser til un estetoscopio u otro dispositivo para escuchar.

    B. Verifique la temperatura

    Casi cualquier cosa anormal har que un motor se caliente. La temperatura ambiente, la temperatura del bastidor o carcasa del motor y la temperatura de los cojinetes son lecturas bsicas que deben tomarse cuando se instala por primera vez un motor y peridicamente de ah en adelante. Los registros precisos de las tres temperaturas son importantes para hacer una comparacin.

    1. La temperatura ambiente es la temperatura del aire que rodea

    un motor. La temperatura del bastidor o carcasa del motor y la

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    temperatura de los cojinetes aumentar y disminuir con la temperatura ambiente. Un motor se sobrecalentar a su salida de potencia nominal si la temperatura ambiente es superior a la temperatura indicada en la placa de fbrica.

    2. La temperatura del bastidor o carcasa es la temperatura de la

    carcasa de acero alrededor del estator. Cuando la temperatura del bastidor de un motor es superior a las temperaturas anteriores medidas a la misma temperatura ambiente, el motor est sobrecargado o tiene defectos.

    3. La temperatura de los cojinetes se mide directamente sobre la

    caja del cojinete. Una lectura superior a las lecturas anteriores, a la misma temperatura ambiente, es un signo de problemas con los cojinetes.

    Siempre tome las lecturas de la temperatura despus de que el motor haya estado operando lo suficiente para alcanzar la temperatura normal de operacin. Tambin, tome las lecturas bajo las mismas condiciones de operacin de preferencia, justo cuando el motor complete la parte ms pesado de su trabajo. Utilice siempre el mismo instrumento para medir la temperatura y mantngalo calibrado.

    C. Verifique la corriente

    Al igual que las lecturas de temperatura, las lecturas de la corriente deben ser tomadas cuando el motor est trabajando duro. Una lectura de corriente que es superior a la observada cuando el motor se puso por primera vez en servicio, significa que la carga del motor se ha incrementado un poco o que el motor tiene defectos. La corriente medida en cualquier lnea hacia un motor monofsico de C.A. debe ser la misma sin importar que la lnea est a puesta, o no, a tierra. Si la corriente no es la misma en ambas lneas, hay un corto a tierra en el motor. La corriente medida en cada lnea de energa hacia un motor de C.D. debe ser siempre la misma, a pesar de que la direccin de la corriente sea opuesta en las dos lneas.

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    La corriente en las tres lneas de energa hacia un motor trifsico debe ser igual. La variacin permisible depende de la aplicacin, pero con frecuencia no es superior a un pequeo porcentaje.

    D. Verifique la condicin de los cojinetes

    Muchos motores se descomponen debido a la falla de los cojinetes. Es posible que un cojinete empiece a estar mal antes de que se le observe excesivamente caliente.

    1. Partes sueltas o flojas. Enclave el motor y sacuda su eje hacia

    arriba y hacia abajo y longitudinalmente, midiendo el movimiento con un indicador de cuadrante. Prcticamente cualquier holgura observable en la mayora de los cojinetes pequeos de elementos rodantes significar que los cojinetes deben ser repuestos. En el caso de otros tipos de cojinetes, verifique la especificacin del fabricante en relacin con el espacio libre permisible.

    2. Vibracin. Los problemas con cojinetes pueden ser detectados en

    una etapa temprana con varios tipos de sensores de vibracin. Estos sensores miden tanto la frecuencia de la vibracin como la amplitud la intensidad de las vibraciones. Los cojinetes con elementos rodantes producen frecuencias en la regin de ultrasonido que pueden ser captadas por instrumentos especiales.

    Repetimos, otra vez, que las lecturas deben ser tomadas en la misma forma a intervalos regulares, de preferencia con los mismos instrumentos calibrados. Los resultados trazados pueden predecir la falla de los cojinetes bastante antes de que ocurra y pueden detectar problemas antes de que el cojinete se caliente en forma significativa.

    E. Verifique la resistencia del aislamiento de los devanados

    Muchos programas de mantenimiento predictivo prueban la resistencia a tierra de un motor como un medio de determinar la condicin del aislamiento. El aislamiento que est sucio, hmedo, agrietado o daado en forma alguna, permite el flujo de las corrientes de fuga y genera calor. El calor daa el aislamiento an ms e incrementa la corriente de fuga

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    hasta que se desarrollan cortos verdaderos y el motor dispara sus dispositivos de proteccin contra sobrecarga o se quema. Cuando puede detectarse con anterioridad el aislamiento defectuoso se evitarn muchos paros no programados. Por lo general, las pruebas del aislamiento se hacen con un meghmetro. Estos se debe a que la resistencia a tierra de cualquier motor debe ser muy alta por lo menos de varios millones de ohms. Un ohmmetro (hmetro) regular no puede medir con precisin las resistencias muy altas; el voltaje de su batera interna es demasiado bajo para producir corrientes conmensurables. Sin embargo, un meghmetro aplica un voltaje de C.D. igual o superior al voltaje normal de la lnea de energa; produce corrientes mayores, ms fciles de medir y, tambin permite la deteccin de puntos dbiles en el aislamiento en donde los voltajes de operacin producirn arcos. El voltaje de un meghmetro produce una corriente que hace dos cosas: carga el aislamiento como lo hace un capacitor y se fuga a travs del aislamiento o sobre su superficie. Mientras ms alta es la corriente total ms baja ser la lectura de la resistencia. Los procedimientos de prueba recomendados con un meghmetro varan dependiendo de la clase de medidor y del tamao y voltaje de operacin del motor. Normalmente, cuando se aplica el voltaje de un meghmetro a los motores con un buen aislamiento, la lectura rpidamente llegar a un valor alto de, por lo menos, varios cientos de megohmios. Si la lectura no llega a un valor alto rpidamente, esto podra ser indicativo de que el aislamiento se ha empezado a deteriorar o de que el motor est hmedo o sucio. Tambin podra significar que el aislamiento necesita tiempo para cargar totalmente. Para determinar qu es lo que sucede, deje el voltaje del meghmetro aplicando durante, por lo menos, varios minutos para ver si la lectura se incrementa gradualmente. Con frecuencia, las lecturas se tomarn despus de transcurrir 1 minuto y 10 minutos. Si el aislamiento es bueno, la lectura durante los 10 minutos. Si el aislamiento es bueno, la lectura durante los 10 minutos debe ser, por lo menos, del doble de la lectura de 1 minuto.

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    Si la lectura se nivela rpidamente dentro de 30 segundos o menos a menos de un valor muy alto, ser un signo de que est fluyendo la corriente de fuga uniforme y de que, bajo las condiciones de operacin, hay posibilidades de que el aislamiento se deteriore an ms. El motor debe ser observado con todo cuidado en el futuro. Las lecturas deben tomarse frecuentemente y, si la resistencia del aislamiento contina descendiendo, es posible que el motor falle pronto. El aislamiento malo en las lneas hacia un motor o en un arrancador de motor producir la misma lectura que el aislamiento malo en un motor. Para probar el motor solamente, desconctelo. El desconectar el motor es particularmente importante si hay componentes de estado slido en el sistema que pudieran daarse por el voltaje de prueba del meghmetro. La temperatura y la humedad afectan la lectura. Las condiciones calientes y de humedad reducen la resistencia; las condiciones secas y fras la aumentan. Hay tablas para corregir las lecturas a las condiciones normales.

    Figura 4.42

    Las lecturas del meghmetro son muy tiles cuando se toman a intervalos regulares a travs de la vida de un motor y se trazan tal como se indica arriba. Una baja repentina de resistencia, tal como aquella entre 6-83 y 1-84 en la grfica anterior, podra indicar que el motor est empezando a fallar.

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    El motor debe verificarse muy pronto otra vez y si la lectura es an ms baja, deben programarse las reparaciones o el reemplazo. Por motivos de seguridad, debe permitirse la descarga del aislamiento cargado durante la prueba. Deje el medidor en el ajuste de descarga o conecte un corte entre los puntos de prueba durante, por lo menos, cuatro veces el voltaje de prueba aplicado justo antes de volver a conectar la energa. Como una alternativa a las pruebas con meghmetro, un programa de mantenimiento predictivo puede incluir la prueba de aislamiento del motor con un voltaje de C.D. muy alto caractersticamente de dos veces el voltaje nominal ms 1000 voltios. Normalmente, el voltaje se aumenta en incrementos mientras se mide la corriente a travs del aislamiento. La corriente aumentar con el voltaje en un principio y, despus, debe nivelarse bastante antes de que se alcance el mximo voltaje de prueba. Si la lectura de la corriente contina aumentando o se comporta en una forma errtica, esto ser indicativo de un aislamiento deficiente. La prueba debe descontinuarse para evitar daos en el motor. Si un motor no pasa la prueba y no es daado durante la prueba y puede resistir un voltaje por lo menos algo ms que el voltaje de lnea normal, puede regresarse a servicio temporalmente mientras se hacen planes para limpiarlo, secarlo o reponerlo.

    4.3. OTRAS PRUEBAS

    Hay muchos otros tipos de pruebas que pueden hacerse en un motor. Las lecturas de resistencia en el caso de los devanados abiertos; de cortos entre devanados; de cortos entre las vueltas de un devanado y de capacitores o interruptores malos son frecuentemente necesarias. Sin embargo, normalmente forman parte de la deteccin de fallas o del diagnstico de los problemas que un motor tiene despus de que se han observado ciertos sntomas.

    5. REFERENCIAS

    Fuente: Mantenimiento de Instalaciones y Mquinas Elctricas TECSUP.